JP2010263111A - Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same - Google Patents

Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010263111A
JP2010263111A JP2009113513A JP2009113513A JP2010263111A JP 2010263111 A JP2010263111 A JP 2010263111A JP 2009113513 A JP2009113513 A JP 2009113513A JP 2009113513 A JP2009113513 A JP 2009113513A JP 2010263111 A JP2010263111 A JP 2010263111A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
superconducting
current
shim
coil
excitation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009113513A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shoichi Yokoyama
彰一 横山
Akihiko Ariyoshi
昭彦 有吉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2009113513A priority Critical patent/JP2010263111A/en
Publication of JP2010263111A publication Critical patent/JP2010263111A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Magnetic Resonance Imaging Apparatus (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of exciting a superconducting electromagnetic apparatus capable of reducing the amount of penetration of heat into a cryostat, and to provide the superconducting electromagnetic apparatus. <P>SOLUTION: When adjusting a correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil, in a plurality of superconducting shim coils, a permanent current shim coil connected to the specific superconducting shim switch is turned on, while an excitation current flowing from an exciting power supply to a superconducting main coil is changed, thus an induction current is made to flow to the specific superconducting shim coil and the exciting current for flowing is made to flow, based on the induction current. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

この発明は、超電導電磁石装置の励磁方法およびそれに使用される超電導電磁石装置に関するものである。   The present invention relates to a method for exciting a superconducting electromagnet apparatus and a superconducting electromagnet apparatus used therefor.

一般に超電導電磁石装置では、磁場を発生する超電導メインコイルは、冷却するためにクライオスタットの中に設置され、この超電導メインコイルによる磁場の均一度を改善するために、同じクライオスタットの中に、複数の超電導シムコイルが設置される。特許文献1の図8に開示された超電導電磁石装置では、超電導メインコイルと複数の超電導シムコイルは、それぞれクライオスタットの外部に配置された励磁電源に電流リードを通じて接続されている。超電導メインコイルには永久電流メインスイッチが並列に接続され、また、各超電導シムコイルにはそれぞれ永久電流シムスイッチが並列に接続される。   In general, in a superconducting electromagnet apparatus, a superconducting main coil that generates a magnetic field is installed in a cryostat for cooling. In order to improve the uniformity of the magnetic field generated by the superconducting main coil, a plurality of superconducting magnets are included in the same cryostat. A shim coil is installed. In the superconducting electromagnet apparatus disclosed in FIG. 8 of Patent Document 1, the superconducting main coil and the plurality of superconducting shim coils are each connected to an excitation power source disposed outside the cryostat through current leads. A permanent current main switch is connected in parallel to the superconducting main coil, and a permanent current shim switch is connected in parallel to each superconducting shim coil.

この従来の超電導電磁石装置では、永久電流メインスイッチと各永久電流シムスイッチを抵抗状態、すなわちオフ状態とし、超電導メインコイルと超電導シムコイルに励磁電源から励磁電流を流した状態において、永久電流メインスイッチと各永久電流シムスイッチをともに超電導状態、すなわちオン状態とする。その結果、超電導メインコイルと永久電流メインスイッチを含む永久電流回路、および各超電導シムコイルとそれに対応する永久電流シムスイッチを含む各永久電流回路に、永久的に電流を流し、超電導メインコイルと各超電導シムコイルにより、高い均一度の磁場を発生する。   In this conventional superconducting electromagnet apparatus, the permanent current main switch and each permanent current shim switch are set in a resistance state, that is, in an off state, and in a state where an exciting current is supplied from an exciting power source to the superconducting main coil and the superconducting shim coil, Both permanent current shim switches are both in a superconducting state, that is, in an on state. As a result, a permanent current flows through each of the permanent current circuits including the superconducting main coil and the permanent current main switch, and each superconducting shim coil and the corresponding permanent current shim switch. A shim coil generates a highly uniform magnetic field.

特開2000−156316号公報の図8とその説明FIG. 8 of JP 2000-156316 A and its explanation

特許文献1の図8に示された従来の超電導電磁石装置では、複数の超電導シムコイルのそれぞれを励磁電源に接続する電流リードに、励磁電源から励磁電流を流す必要がある。これらの電流リードは、クライオスタットの外部の常温部と、その内部の、例えば4.2Kの冷媒温度とされる低温部とを接続するもので、これらに励磁電流を流すために、低温部への熱侵入量が大きくなる問題がある。   In the conventional superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. 8 of Patent Document 1, it is necessary to pass an exciting current from the exciting power supply to a current lead that connects each of the plurality of superconducting shim coils to the exciting power supply. These current leads connect a normal temperature portion outside the cryostat and a low temperature portion inside the cryostat, for example, a refrigerant temperature of 4.2 K, and in order to flow an excitation current through these, There is a problem that the amount of heat penetration increases.

この発明は、この問題を改善し、複数の超電導シムコイルに対する電流リードからの熱侵入量を低減することのできる超電導電磁石装置の励磁方法とそれに使用される超電導電磁石装置を提案するものである。   The present invention proposes an exciting method for a superconducting electromagnet apparatus and a superconducting electromagnet apparatus used therefor, which can improve this problem and reduce the amount of heat intrusion from a current lead to a plurality of superconducting shim coils.

この発明による超電導電磁石装置の励磁方法は、励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および超電導メインコイルと複数の超電導シムコイルと永久電流メインスイッチと複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置の励磁方法であって、複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、励磁電源から前記超電導メインコイルに流れる励磁電流を変化させる状態で、特定の超電導シムコイルに接続された永久電流シムスイッチをオン状態とし、特定の超電導シムコイルに誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すことを特徴とする。   An exciting method of a superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil and correct the magnetic field uniformity by the superconducting main coil, and a superconducting main coil A permanent current main switch connected in parallel to each other, a plurality of permanent current shim switches connected to each of the plurality of superconducting shim coils, and a superconducting main coil, a plurality of superconducting shim coils, a permanent current main switch, and a plurality of permanent current shim switches. An exciting method for a superconducting electromagnet apparatus having a cryostat to be accommodated, wherein an exciting current flowing from an exciting power source to the superconducting main coil when adjusting a correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil among a plurality of superconducting shim coils In a state of changing Of connected to the superconducting shim coils the permanent current shims switch is turned on, flowing an induced current to a particular superconducting shim coils, and wherein flowing the excitation current based on the induced current.

この発明による超電導電磁石装置は、励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および超電導メインコイルと複数の超電導シムコイルと永久電流メインスイッチと複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置であって、複数の超電導シムコイルは励磁電源に接続されておらず、複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、超電導メインコイルの励磁電流を変化させる状態で、特定の超電導シムコイルに接続された永久電流シムスイッチをオン状態とし、特定の超電導シムコイルに誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すことを特徴とする。   A superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil and correct the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil, and in parallel with the superconducting main coil. A cryostat housing a connected permanent current main switch, a plurality of permanent current shim switches connected to each of the plurality of superconducting shim coils, and a superconducting main coil, a plurality of superconducting shim coils, a permanent current main switch, and a plurality of permanent current shim switches A superconducting electromagnet apparatus comprising: a plurality of superconducting shim coils that are not connected to an excitation power source, and a superconducting main coil is used when adjusting a correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil among the plurality of superconducting shim coils The excitation current of In state, the permanent current shims switch connected to a particular superconducting shim coils is turned on, flowing an induced current to a particular superconducting shim coils, and wherein flowing the excitation current based on the induced current.

また、この発明による超電導電磁石装置は、励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および超電導メインコイルと複数の超電導シムコイルと永久電流メインスイッチと複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置であって、さらに、励磁電源と永久電流メインスイッチと複数の永久電流シムスイッチを共通に制御する制御装置を備え、複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、制御装置が超電導メインコイルの励磁電流を変化させる状態で、制御装置が特定の超電導シムコイルに接続された永久電流シムスイッチをオン状態とすることを特徴とする。   The superconducting electromagnet apparatus according to the present invention includes a superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil and correct the magnetic field uniformity by the superconducting main coil, and a superconducting main coil. Contains a permanent current main switch connected in parallel, a plurality of permanent current shim switches connected to each of a plurality of superconducting shim coils, and a superconducting main coil, a plurality of superconducting shim coils, a permanent current main switch, and a plurality of permanent current shim switches A superconducting electromagnet device having a cryostat that further includes an excitation power source, a permanent current main switch, and a control device that controls a plurality of permanent current shim switches in common, and at least one specific one of the plurality of superconducting shim coils Adjusting the correction magnetic field by the superconducting shim coil When the controller is in a state of changing the excitation current of the superconducting main coil, the control apparatus is characterized in that the on-state permanent current shims switch connected to a particular superconducting shim coils.

この発明による超電導電磁石装置の励磁方法および超電導電磁石装置では、複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、超電導メインコイルの励磁電流を変化させる状態で、特定の超電導シムコイルに接続された永久電流シムスイッチをオン状態とし、特定の超電導シムコイルに誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すので、超電導シムコイルを励磁電源に接続する電流リードを削除するか、または、この電流リードに励磁電流を流さないようにすることができ、したがって、電流リードからクライオスタット内への熱侵入量を低減することができる。   In the exciting method and superconducting electromagnet apparatus according to the present invention, when adjusting the correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil among the plurality of superconducting shim coils, the excitation current of the superconducting main coil is changed. A permanent current shim switch connected to a specific superconducting shim coil is turned on, an induced current is passed through the specific superconducting shim coil, and an exciting current is caused to flow based on this induced current, so the current lead that connects the superconducting shim coil to the exciting power supply The exciting current can be prevented from flowing through this current lead, and therefore the amount of heat penetration from the current lead into the cryostat can be reduced.

図1は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態1に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 1 of a superconducting electromagnet apparatus excitation method according to the present invention. 図2は、実施の形態1に係る超電導電磁石装置の励磁方法の動作説明図である。FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the excitation method of the superconducting electromagnet apparatus according to the first embodiment. 図3は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態2に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 2 of the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention. 図4は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態3に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 3 of the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention.

この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。   Several embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

実施の形態1.
図1は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態1に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。この超電導電磁石装置は、超電導メインコイルMCと、超電導シムコイルSCと、永久電流メインスイッチMSと、永久電流シムスイッチSSと、フライホイール回路17と、クライオスタット30と、励磁電源40を備えている。超電導メインコイルMC、超電導シムコイルSC、永久電流メインスイッチMS、永久電流シムスイッチSS、およびフライホイール回路17は、クライオスタット30の内部に収容される。このクライオスタット30内には、液体ヘリウムが封入される。励磁電源40は、超電導メインコイルMCだけを励磁するための励磁電源であって、超電導シムコイルSCを励磁するものではなく、クライオスタット30の外部に配置される。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an electric circuit diagram showing a superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 1 of the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention. This superconducting electromagnet apparatus includes a superconducting main coil MC, a superconducting shim coil SC, a permanent current main switch MS, a permanent current shim switch SS, a flywheel circuit 17, a cryostat 30, and an excitation power source 40. Superconducting main coil MC, superconducting shim coil SC, permanent current main switch MS, permanent current shim switch SS, and flywheel circuit 17 are housed inside cryostat 30. Liquid helium is enclosed in the cryostat 30. The excitation power supply 40 is an excitation power supply for exciting only the superconducting main coil MC, and does not excite the superconducting shim coil SC, but is disposed outside the cryostat 30.

超電導メインコイルMCは、例えば2つの超電導メインコイルMC1、MC2を直列に接続して構成される。超電導シムコイルSCは、互いに独立した複数の超電導シムコイルSC1、SC2、・・・SCnを含んでいる。これらの超電導シムコイルSC1、SC2、・・・、SCnは、超電導メインコイルMCによる磁場の均一度を補正するものであり、超電導メインコイルMCと同軸に互いに異なる位置に配置される。これらの超電導シムコイルSC1、SC2、・・・、SCnは、具体的には互いに等しいインダクタンスを有し、超電導メインコイルMCに互いに同じ極性で磁気的に結合されている。   The superconducting main coil MC is configured, for example, by connecting two superconducting main coils MC1 and MC2 in series. Superconducting shim coil SC includes a plurality of superconducting shim coils SC1, SC2,. These superconducting shim coils SC1, SC2,..., SCn are for correcting the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil MC, and are arranged at different positions coaxially with the superconducting main coil MC. Specifically, these superconducting shim coils SC1, SC2,..., SCn have the same inductance and are magnetically coupled to the superconducting main coil MC with the same polarity.

永久電流メインスイッチMSは、超電導メインコイルMCと並列に接続される。この永久電流メインスイッチMSは、例えば熱式永久電流スイッチで構成され、スイッチコイル11と、それに対するヒータ12を含む。この永久電流メインスイッチMSは、超電導状態、すなわちオン状態と、抵抗状態、すなわちオフ状態とを取り得る。ヒータ12は、制御スイッチ13を通じてヒータ電源14に接続される。このヒータ電源14と制御スイッチ13は、クライオスタット30の外部に配置される。スイッチコイル11は、制御スイッチ13がオフとされると、超電導状態、すなわちオン状態となり、また、制御スイッチ13がオンとされ、ヒータ12が加熱されると、抵抗状態、すなわちオフ状態となる。永久電流メインスイッチMSは、そのオン状態において、超電導メインコイルMCに対する永久電流回路15を構成する。この永久電流回路15は、超電導メインコイルMCとスイッチコイル11を含む回路である。   The permanent current main switch MS is connected in parallel with the superconducting main coil MC. The permanent current main switch MS is constituted by, for example, a thermal permanent current switch, and includes a switch coil 11 and a heater 12 corresponding thereto. The permanent current main switch MS can take a superconducting state, that is, an on state, and a resistance state, that is, an off state. The heater 12 is connected to a heater power supply 14 through a control switch 13. The heater power supply 14 and the control switch 13 are disposed outside the cryostat 30. The switch coil 11 is in a superconducting state, that is, an on state when the control switch 13 is turned off, and is in a resistance state, that is, an off state when the control switch 13 is turned on and the heater 12 is heated. The permanent current main switch MS constitutes a permanent current circuit 15 for the superconducting main coil MC in the ON state. The permanent current circuit 15 is a circuit including the superconducting main coil MC and the switch coil 11.

フライホイール回路17は、超電導メインコイルMCと並列に接続される。このフライホイール回路17は、一対のフライホイールダイオード171、172を含む。フライホイールダイオード171、172は、互いに逆極性で並列に接続される。   The flywheel circuit 17 is connected in parallel with the superconducting main coil MC. The flywheel circuit 17 includes a pair of flywheel diodes 171 and 172. The flywheel diodes 171 and 172 are connected in parallel with opposite polarities.

励磁電源40は、超電導メインコイルMCに一対の電流リード41、42を通じて超電導メインコイルMCに接続される。電流リード41、42は、クライオスタット30の壁面を貫通するように配置され、超電導メインコイルMCと励磁電源40を接続する。   The excitation power source 40 is connected to the superconducting main coil MC through a pair of current leads 41 and 42 to the superconducting main coil MC. The current leads 41 and 42 are disposed so as to penetrate the wall surface of the cryostat 30 and connect the superconducting main coil MC and the excitation power supply 40.

永久電流シムスイッチSSは、複数の永久電流シムスイッチSS1、SS2、・・・、SSnを含む。これらの永久電流シムスイッチSS1、SS2、・・・、SSnは、それぞれ対応する超電導シムコイルSC1、SC2、・・・、SSnに接続される。これらの永久電流シムスイッチSS1、SS2、・・・、SSnは、それぞれ、例えば熱式永久電流スイッチで構成され、スイッチコイル21と、それに対するヒータ22を含む。これらの永久電流シムスイッチSS1、SS2、・・・、SSnは、それぞれ超電導状態、すなわちオン状態と、抵抗状態、すなわちオフ状態とを取り得る。ヒータ22は、制御スイッチ23を通じてヒータ電源24に接続される。このヒータ電源24と制御スイッチ23は、クライオスタット30の外部に配置される。スイッチコイル21は、制御スイッチ23がオフとされると、超電導状態、すなわちオン状態となり、また、制御スイッチ23がオンとされ、ヒータ22が加熱されると、抵抗状態、すなわちオフ状態となる。これらの永久電流シムスイッチSS1、SS2、・・・、SSnは、それぞれそのオン状態において、対応する超電導シムコイルSC1、SC2、・・・、SCnに対する永久電流回路251、252、・・・、25nを構成する。これらの永久電流回路251、252、・・・、25nは、超電導シムコイルSC1、SC2、・・・、SCnと、それに対応するスイッチコイル21を含む回路である。   The permanent current shim switch SS includes a plurality of permanent current shim switches SS1, SS2,. These permanent current shim switches SS1, SS2,..., SSn are connected to corresponding superconducting shim coils SC1, SC2,. These permanent current shim switches SS1, SS2,..., SSn are each constituted by, for example, a thermal permanent current switch, and include a switch coil 21 and a heater 22 corresponding thereto. These permanent current shim switches SS1, SS2,..., SSn can take a superconducting state, that is, an on state and a resistance state, that is, an off state, respectively. The heater 22 is connected to a heater power supply 24 through a control switch 23. The heater power supply 24 and the control switch 23 are disposed outside the cryostat 30. The switch coil 21 is in a superconducting state, that is, an on state when the control switch 23 is turned off, and is in a resistance state, that is, an off state when the control switch 23 is turned on and the heater 22 is heated. These permanent current shim switches SS1, SS2,..., SSn have their respective permanent current circuits 251, 252,..., 25n for the corresponding superconducting shim coils SC1, SC2,. Constitute. These permanent current circuits 251, 252,..., 25n are circuits including superconducting shim coils SC1, SC2,.

さて、図2は、実施の形態1に係る超電導電磁石装置の励磁方法の動作説明図である。この図2において、(a)は超電導メインコイルMCの励磁電流を示し、また、(b)は永久電流メインスイッチMSのヒータ電流を、(c)は超電導シムコイルSC1の励磁電流を、(d)は永久電流シムスイッチSS1のヒータ電流を、(e)は超電導シムコイルSC2の励磁電流を、(f)は永久電流シムスイッチSS2のヒータ電流を、(g)は超電導シムコイルSC3の励磁電流を、(h)は永久電流シムスイッチSS3のヒータ電流を、それぞれ示す。図2(b)のヒータ電流は、ヒータ12を流れる電流であり、また、図2(d)(f)(h)のヒータ電流は、それぞれ超電導シムコイルSC1、SC2、SC3に対応するヒータ22に流れる電流である。図2(b)(d)(f)(h)は、それぞれのヒータ電流のハイレベルHとロウレベルLとともに、それぞれに対応する永久電流メインスイッチMSと各永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3のオフ状態(OFF)とオン状態(ON)をカッコ内に表示している。   FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the excitation method of the superconducting electromagnet device according to the first embodiment. 2, (a) shows the exciting current of the superconducting main coil MC, (b) shows the heater current of the permanent current main switch MS, (c) shows the exciting current of the superconducting shim coil SC1, (d). Is the heater current of the permanent current shim switch SS1, (e) is the excitation current of the superconducting shim coil SC2, (f) is the heater current of the permanent current shim switch SS2, (g) is the excitation current of the superconducting shim coil SC3, ( h) shows the heater current of the permanent current shim switch SS3, respectively. The heater current in FIG. 2 (b) is the current flowing through the heater 12, and the heater currents in FIGS. 2 (d), (f), and (h) are applied to the heaters 22 corresponding to the superconducting shim coils SC1, SC2, and SC3, respectively. It is a flowing current. 2 (b), (d), (f), and (h), the high current level H and the low level L of each heater current, and the corresponding permanent current main switch MS and each of the permanent current shim switches SS1, SS2, and SS3 are shown. The off state (OFF) and the on state (ON) are displayed in parentheses.

図2の横軸は、(a)〜(h)に共通な時間軸である。この時間軸に沿って、時点t0〜t14がプロットされる。時点t0と時点t2の間に初期励磁Aが、時点t1と時点t2の間に磁場計測Bが、時点t4と時点t13の間に磁場調整Cが、また、時点t13以降に定常運転Dが示される。   The horizontal axis in FIG. 2 is a time axis common to (a) to (h). Time points t0 to t14 are plotted along this time axis. Initial excitation A is shown between time t0 and time t2, magnetic field measurement B is shown between time t1 and time t2, magnetic field adjustment C is shown between time t4 and time t13, and steady operation D is shown after time t13. It is.

図2は、超電導メインコイルMCの励磁電流に加え、超電導シムコイルSCの中の代表する超電導シムコイルSC1、SC2、SC3の励磁電流を示し、併せて、それらに対応する永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3のヒータ電流を示したものである。この図2を参照して、図1の超電導電磁石装置に対する励磁方法を説明する。なお、図2では、クライオスタット30の内部は、継続して、例えば4.2Kの冷媒温度に維持されるものとする。この温度では、超電導メインコイルMCと超電導シムコイルSC1〜SCnは、すべて超電導状態となり、また、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSC1〜SCnは、それぞれのヒータ電流がオフされると、超電導状態、すなわちオン状態となる。   FIG. 2 shows excitation currents of representative superconducting shim coils SC1, SC2, and SC3 in the superconducting shim coil SC in addition to the exciting current of the superconducting main coil MC, and the permanent current main switch MS and the permanent current corresponding thereto. The heater current of shim switch SS1, SS2, SS3 is shown. With reference to FIG. 2, an excitation method for the superconducting electromagnet apparatus of FIG. 1 will be described. In FIG. 2, the inside of the cryostat 30 is continuously maintained at a refrigerant temperature of, for example, 4.2K. At this temperature, the superconducting main coil MC and the superconducting shim coils SC1 to SCn are all in a superconducting state, and the permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SC1 to SCn are in a superconducting state when their respective heater currents are turned off. That is, it is turned on.

最初に初期励磁Aが実行される。時点t0において、励磁電源40が出力を開始する。図2(a)に示すように、時点t0から時点t1に向かって、励磁電源40から超電導メインコイルMCへ流れる励磁電流が増大し、時点t1で、この励磁電流が定格電流値IOPに達する。時点t0−t1の間では、図2(b)に示すように、永久電流メインスイッチMSはオフ状態とされ、また、時点t0−t1の間では、図2(d)(f)(h)に示すように、永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3もオフ状態とされ、図2(c)(e)(g)に示すように、超電導シムコイルSC1、SC2、SC3に対する励磁電流はゼロとなる。 First, initial excitation A is executed. At time t0, the excitation power supply 40 starts outputting. As shown in FIG. 2A, the exciting current flowing from the exciting power supply 40 to the superconducting main coil MC increases from the time point t0 to the time point t1, and this exciting current reaches the rated current value I OP at the time point t1. . Between time t0 and t1, as shown in FIG. 2B, the permanent current main switch MS is turned off, and between time t0 and t1, FIGS. 2D, 2F and 2H. As shown in FIG. 2, the permanent current shim switches SS1, SS2, and SS3 are also turned off, and the excitation currents for the superconducting shim coils SC1, SC2, and SC3 become zero as shown in FIGS. 2 (c), (e), and (g). .

時点t1−t2の間では、図2(b)に示すように、永久電流メインスイッチMSはオン状態とされ、永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3は、オフ状態とされる。時点t1−t2の間で、磁場計測Bが実行される。この磁場計測Bは、永久電流メインスイッチMSをオン状態とし、超電導メインコイルMCの励磁電流を定格電流値IOPに保持した状態で実行される。この磁場計測Bでは、超電導メインコイルMCによる磁場の均一度が計測され、その均一度を補正するために、各超電導シムコイルSC1〜SCnに対する励磁電流値が決定される。なお、時点t2−t3の間では、永久電流メインスイッチMSおよび永久電流シムスイッチSS1〜SSnはともにオフ状態とされ、超電導メインコイルMCに流れる励磁電流が定格電流値IOPからゼロに戻される。時点t3−t4の間では、超電導メインコイルMCおよび超電導シムコイルSC1〜SCnの励磁電流はゼロとなり、永久電流メインスイッチMSおよび永久電流シムスイッチSS1〜SSnは、すべてオン状態とされる。 Between the time points t1 and t2, as shown in FIG. 2B, the permanent current main switch MS is turned on, and the permanent current shim switches SS1, SS2, and SS3 are turned off. Magnetic field measurement B is executed between time points t1 and t2. This magnetic field measurement B is performed in a state where the permanent current main switch MS is turned on and the exciting current of the superconducting main coil MC is held at the rated current value IOP . In this magnetic field measurement B, the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil MC is measured, and the excitation current value for each of the superconducting shim coils SC1 to SCn is determined in order to correct the uniformity. In addition, between times t2-t3, the persistent current main switch MS and persistent current shim switch SS1~SSn are both set OFF state, the exciting current flowing through the superconducting main coil MC is returned to zero from the rated current I OP. Between time points t3 and t4, the exciting currents of the superconducting main coil MC and the superconducting shim coils SC1 to SCn become zero, and the permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SS1 to SSn are all turned on.

超電導メインコイルMCが作る磁場は、その製作誤差などにより、超電導電磁石装置の中心部において、磁界均一度に歪みが発生する。この磁界を例えば500mm球の空間において、2ppm以下の高い均一度に均一化する必要があり、この高い均一度の磁場とするために、各超電導シムコイルSC1〜SCnに対する励磁電流値が決定される。各超電導シムコイルSC1〜SCnに対する励磁電流値は、各超電導シムコイルSC1〜SCn毎に独立して決定される。各超電導シムコイルSC1〜SCnに対する励磁電流値は、一般には、第1極性、例えば負極性の励磁電流値と、第2極性、例えば正極性の励磁電流値とが混在するものとされるが、第1極性の励磁電流値ばかりとされるケース、または第2極性の励磁電流値ばかりとされるケースもある。また、励磁電流値がゼロとされる超電導シムコイルも存在し得る。図2は、定常運転Dにおいて、その(c)に示す超電導シムコイルSC1の励磁電流が第1極性の励磁電流値−iとされ、その(e)に示す超電導シムコイルSC2の励磁電流が第1極性の励磁電流値−iとされ、また、その(g)に示す超電導シムコイルSC3の励磁電流が第2極性の励磁電流値+iとされる場合を例示する。 The magnetic field generated by the superconducting main coil MC is distorted in the uniformity of the magnetic field at the center of the superconducting electromagnet device due to manufacturing errors and the like. This magnetic field needs to be uniformized to a high uniformity of 2 ppm or less in a space of, for example, a 500 mm sphere, and in order to obtain this high uniform magnetic field, the excitation current values for the respective superconducting shim coils SC1 to SCn are determined. The exciting current value for each superconducting shim coil SC1 to SCn is determined independently for each superconducting shim coil SC1 to SCn. The excitation current value for each of the superconducting shim coils SC1 to SCn is generally a mixture of a first polarity, for example, a negative polarity excitation current value and a second polarity, for example, a positive polarity excitation current value. In some cases, only the excitation current value of one polarity is used, or in the case of only the excitation current value of the second polarity. There may also be a superconducting shim coil whose excitation current value is zero. Figure 2 is the steady operation D, the excitation current of the superconducting shim coils SC1 shown in (c) is the excitation current value -i 1 of the first polarity, excitation current first superconducting shim coils SC2 shown in the (e) An example is shown in which the excitation current value of the polarity is −i 2 and the excitation current of the superconducting shim coil SC3 shown in (g) is the excitation current value of the second polarity + i 3 .

時点t4−t13の間で、磁場調整Cが実行される。この磁場調整Cでは、その最終段階において、超電導メインコイルMCに対して、定格電流値IOPの励磁電流を流し、また、各超電導シムコイルSC1〜SCnのそれぞれに対して、磁場計測Bの結果として決定された励磁電流値を流すようにして、磁場調整が行なわれる。図2の例では、磁場調整Cの最終段階において、図2(c)に示す超電導シムコイルSC1の励磁電流が励磁電流値−iとされ、図2(e)に示す超電導シムコイルSC2の励磁電流が励磁電流値−iとされ、また、図2(g)に示す超電導シムコイルSC3の励磁電流が励磁電流値+iとされる。 Magnetic field adjustment C is performed between time points t4 and t13. In the magnetic field adjustment C, and the final stage, with respect to the superconducting main coil MC, passing a magnetizing current of the rated current I OP, also for each of the superconducting shim coils SC1 through SCn, as a result of magnetic field measurement B Magnetic field adjustment is performed so that the determined excitation current value flows. In the example of FIG. 2, in the final stage of the magnetic field adjusting C, the exciting current of the superconducting shim coils SC1 shown in FIG. 2 (c) is the excitation current value -i 1, the exciting current of the superconducting shim coils SC2 shown in FIG. 2 (e) There is an exciting current -i 2, also, the exciting current of the superconducting shim coils SC3 shown in FIG. 2 (g) is the excitation current + i 3.

この磁場調整Cについて、超電導シムコイルSC1、SS2、SS3の励磁電流の調整を具体的に説明する。先ず時点t4−t5の間で、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3がすべてオフ状態とされ、励磁電源40から超電導メインコイルMCに流れる励磁電流を再度増大させる。時点t5において、超電導メインコイルMCの励磁電流は、(IOP−I)の励磁電流値となり、この励磁電流値が時点t6まで保持される。−Iは、超電導シムコイルSC1の定常運転Dにおける励磁電流値−iに対応する。時点t5−t6の間では、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3は、オフ状態を維持するが、時点t6の直前で、永久電流シムスイッチSS1のヒータ電流だけがロウレベルLに変化し、この永久電流シムスイッチSS1が以後、定常運転Dを含めてオン状態を維持する。 Regarding the magnetic field adjustment C, adjustment of excitation currents of the superconducting shim coils SC1, SS2, and SS3 will be specifically described. First, between the time points t4 and t5, the permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SS1, SS2, and SS3 are all turned off, and the excitation current flowing from the excitation power supply 40 to the superconducting main coil MC is increased again. At time t5, the exciting current of the superconducting main coil MC becomes an exciting current value of (I OP −I 1 ), and this exciting current value is held until time t6. -I 1 corresponds to the excitation current value -i 1 in steady operation D of the superconducting shim coils SC1. The permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SS1, SS2, and SS3 maintain the OFF state between the time points t5 and t6, but just before the time point t6, only the heater current of the permanent current shim switch SS1 is at the low level L. The permanent current shim switch SS1 is maintained in the ON state including the steady operation D thereafter.

時点t6−t7の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、再び増大され、時点t7では、その励磁電流は、(IOP−I)の励磁電流値となり、この励磁電流値が時点t8まで保持される。−Iは、超電導シムコイルSC2の定常運転Dにおける励磁電流値−iに対応する。時点t6−t7の間では、永久電流シムスイッチSS1がオン状態を維持しており、この状態で超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP−I)から(IOP−I)まで増大する。したがって、時点t6−t7の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP−I)から(IOP−I)まで変化することに基づいて、超電導シムコイルSC1に誘導電流が流れる。この誘導電流は、超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+I12=(IOP−I)−(IOP−I)=I−Iに対応する大きさとなり、その変化分の極性が正極性であるので、第1極性、すなわち負極性の励磁電流となる。結果として、超電導シムコイルSC1の励磁電流は、図2(c)に示すように、時点t7において+I12に対応する−i12=−(i−i)=−i+iとなり、この励磁電流値−i12が時点t8まで維持される。 Between time points t6 and t7, the excitation current of the superconducting main coil MC is increased again, and at time point t7, the excitation current becomes an excitation current value of (I OP −I 2 ), and this excitation current value becomes the time point t8. Hold up. −I 2 corresponds to the exciting current value −i 2 in the steady operation D of the superconducting shim coil SC2. Between time points t6 and t7, the permanent current shim switch SS1 is maintained in the ON state, and in this state, the exciting current of the superconducting main coil MC is from (I OP −I 1 ) to (I OP −I 2 ). Increase. Thus, between times t6-t7, the excitation current of the superconducting main coil MC is based on the fact that changes from (I OP -I 1) to (I OP -I 2), induction current flows through the superconducting shim coils SC1 . This induced current has a magnitude corresponding to a change in excitation current of the superconducting main coil MC + I 12 = (I OP −I 2 ) − (I OP −I 1 ) = I 1 −I 2 . Since the polarity is positive, the excitation current is the first polarity, that is, negative polarity. As a result, the excitation current of the superconducting shim coil SC1 becomes −i 12 = − (i 1 −i 2 ) = − i 1 + i 2 corresponding to + I 12 at time t7 as shown in FIG. The exciting current value −i 12 is maintained until time t8.

時点t7−t8の間では、永久電流シムスイッチSC1はオン状態を維持し、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS2、SS3は、オフ状態を維持するが、時点t8の直前で、永久電流シムスイッチSS2のヒータ電流がロウレベルLに変化し、この永久電流シムスイッチSS2が以後、定常運転Dを含めオン状態を維持する。時点t8−t9の間では、永久電流シムスイッチSS1、SS2がオン状態を維持し、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS3がオフ状態とされ、励磁電源40から超電導メインコイルMCに流れる励磁電流を再度増大させる。時点t9において、超電導メインコイルMCの励磁電流は、定格電流値IOPに達し、この定格電流値IOPが時点t10まで保持される。 Between the time points t7 and t8, the permanent current shim switch SC1 is maintained in the on state, and the permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SS2 and SS3 are maintained in the off state. The heater current of the shim switch SS2 changes to the low level L, and the permanent current shim switch SS2 thereafter maintains the ON state including the steady operation D. Between the time points t8 and t9, the permanent current shim switches SS1 and SS2 are kept on, the permanent current main switch MS and the permanent current shim switch SS3 are turned off, and the excitation flowing from the excitation power source 40 to the superconducting main coil MC. Increase the current again. At time t9, the excitation current of the superconducting main coil MC reaches the rated current value I OP, the rated current value I OP is held until the time t10.

時点t8−t9の間では、永久電流シムスイッチSS1、SS2がオン状態を維持しており、この状態で超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP−I)から定格電流値IOPまで増大する。したがって、時点t8−t9の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP−I)から定格電流値IOPまで変化することに基づいて、超電導シムコイルSC1と超電導シムコイルSC2に誘導電流が流れる。この誘導電流は、超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応する大きさとなり、その変化分の極性が正極性であるので、第1極性、すなわち負極性の励磁電流となる。結果として、超電導シムコイルSC1の励磁電流は、図2(c)に示すように、時点t9において、(+I12+I)に対応する励磁電流値(−i12−i)=−iまで低下し、この励磁電流値−iが時点t10まで維持される。超電導シムコイルSS2の励磁電流は、図2(e)に示すように、時点t9において、+Iに対応する−iまで低下し、この励磁電流値−iが時点t10まで維持される。 Between the time points t8 and t9, the permanent current shim switches SS1 and SS2 are maintained in the on state, and in this state, the exciting current of the superconducting main coil MC is from (I OP −I 2 ) to the rated current value I OP. Increase. Therefore, between time points t8 and t9, based on the fact that the exciting current of the superconducting main coil MC changes from (I OP −I 2 ) to the rated current value I OP , induced currents are induced in the superconducting shim coil SC1 and the superconducting shim coil SC2. Flows. This induced current has a magnitude corresponding to the change in excitation current of the superconducting main coil MC + I 2 , and since the change has a positive polarity, it becomes a first polarity, that is, a negative polarity excitation current. As a result, the exciting current of the superconducting shim coil SC1 reaches the exciting current value (−i 12 −i 2 ) = − i 1 corresponding to (+ I 12 + I 2 ) at time t9 as shown in FIG. The excitation current value -i 1 is maintained until time t10. As shown in FIG. 2 (e), the exciting current of the superconducting shim coil SS2 decreases to −i 2 corresponding to + I 2 at time t9, and this exciting current value −i 2 is maintained until time t10.

時点t10−t11の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、定格電流値IOPから+Iだけ増大される。+Iは、超電導シムコイルSC3の定常運転Dにおける励磁電流iに対応する。この時点t10−t11の間では、永久電流シムスイッチSS1、SS2がオン状態を維持しており、この状態で超電導メインコイルMCの励磁電流が定格電流値IOPから+Iだけ増大する。したがって、時点t10−t11の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、定格電流値IOPから(IOP+I)まで変化することに基づいて、超電導シムコイルSC1と超電導シムコイルSC2に誘導電流が流れる。この誘導電流は、超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応する大きさとなり、その変化分の極性が正極性であるので、第1極性、すなわち負極性の誘導電流となる。結果として、超電導シムコイルSC1の励磁電流は、図2(c)に示すように、時点t11において、(+I12+I+I)に対応する励磁電流値(−i−i)まで低下し、この励磁電流値(−i−i)が時点t12まで維持される。超電導シムコイルSS2の励磁電流は、図2(e)に示すように、時点t11において、(+I+I)に対応する(−i−i)まで低下し、この励磁電流値(−i−i)が時点t12まで維持される。 In between times t10-t11, the excitation current of the superconducting main coil MC is increased by + I 3 from the rated current I OP. + I 3 corresponds to the exciting current i 3 in the steady operation D of the superconducting shim coil SC3. This Between times t10-t11, the persistent current shim switches SS1, SS2 has kept on, the excitation current of the superconducting main coil MC in this state is increased by + I 3 from the rated current I OP. Therefore, between time points t10 and t11, based on the fact that the exciting current of the superconducting main coil MC changes from the rated current value I OP to (I OP + I 3 ), an induced current is generated in the superconducting shim coil SC1 and the superconducting shim coil SC2. Flowing. This induced current has a magnitude corresponding to the change + I 3 in the excitation current of the superconducting main coil MC. Since the polarity of the change is positive, it becomes the first polarity, that is, the negative polarity induced current. As a result, the excitation current of the superconducting shim coil SC1 decreases to an excitation current value (−i 1 −i 3 ) corresponding to (+ I 12 + I 2 + I 3 ) at time t11 as shown in FIG. 2 (c). The excitation current value (−i 1 −i 3 ) is maintained until time t12. As shown in FIG. 2E, the exciting current of the superconducting shim coil SS2 decreases to (−i 2 −i 3 ) corresponding to (+ I 2 + I 3 ) at time t11, and this exciting current value (−i 2 -i 3 ) is maintained until time t12.

時点t11−t12の間では、永久電流シムスイッチSS1、SS2はオン状態を維持し、永久電流メインスイッチMSと永久電流シムスイッチSS3は、オフ状態を維持するが、時点t12の直前で、永久電流シムスイッチSS3のヒータ電流がロウレベルLに変化し、この永久電流シムスイッチSS3が以後、定常運転Dを含めオン状態を維持する。   Between the time points t11 and t12, the permanent current shim switches SS1 and SS2 are maintained in the on state, and the permanent current main switch MS and the permanent current shim switch SS3 are maintained in the off state. The heater current of the shim switch SS3 changes to the low level L, and the permanent current shim switch SS3 thereafter maintains the ON state including the steady operation D.

時点t12−t13の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP+I)から定格電流値IOPまで減少される。+Iは、超電導シムコイルSC3の定常運転Dにおける励磁電流i3に対応する。この時点t12−t13の間では、永久電流シムスイッチSS1、SS2、SS3がオン状態を維持しており、この状態で超電導メインコイルMCの励磁電流が(IOP+I)からIOPまで減少する。したがって、時点t12−t13の間では、超電導メインコイルMCの励磁電流が、(IOP+I)から定格電流値IOPまで変化することに基づいて、超電導シムコイルSC1と超電導シムコイルSC2と超電導シムコイルSC3に誘導電流が流れる。この誘導電流は、超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分−Iに対応する大きさとなり、その変化分の極性が負極性であるので、第2極性、すなわち正極性の誘導電流となる。結果として、超電導シムコイルSC1の励磁電流は、図2(c)に示すように、時点t13において、(+I12+I+I−I)に対応する励磁電流値(−i−i+i)=−iまで増大し、この励磁電流値−iが時点t13以降定常運転Dで維持される。超電導シムコイルSS2の励磁電流は、図2(e)に示すように、時点t13において、(+I+I−I)に対応する(−i−i+i)=−iまで増大し、この励磁電流値−iが時点t13以降定常運転Dで維持される。超電導シムコイルSS3の励磁電流は、図2(g)に示すように、時点t13において、−Iに対応する励磁電流値+iまで増大し、この励磁電流値+iが時点t13以降定常運転Dで維持される。 Between time t12 and t13, the exciting current of the superconducting main coil MC is reduced from (I OP + I 3 ) to the rated current value I OP . + I 3 corresponds to the exciting current i3 in the steady operation D of the superconducting shim coil SC3. During this time t12-t13, the permanent current shim switches SS1, SS2, SS3 are maintained in the ON state, and in this state, the exciting current of the superconducting main coil MC decreases from (I OP + I 3 ) to I OP . . Therefore, between time t12 and t13, the superconducting shim coil SC1, superconducting shim coil SC2, and superconducting shim coil SC3 are based on the fact that the exciting current of the superconducting main coil MC changes from (I OP + I 3 ) to the rated current value I OP. Inductive current flows through. This induced current has a magnitude corresponding to the change amount −I 3 of the excitation current of the superconducting main coil MC, and the polarity of the change amount is negative. Therefore, the induced current is a second polarity, that is, a positive polarity induced current. As a result, the exciting current of the superconducting shim coil SC1 is, as shown in FIG. 2C, the exciting current value (−i 1 −i 3 + i) corresponding to (+ I 12 + I 2 + I 3 −I 3 ) at time t13. 3) = - until i 1 increases, the excitation current value -i 1 is maintained at time t13 subsequent steady operation D. The excitation current of the superconducting shim coil SS2 increases to (−i 2 −i 3 + i 3 ) = − i 2 corresponding to (+ I 2 + I 3 −I 3 ) at time t13 as shown in FIG. The exciting current value -i 2 is maintained in the steady operation D after time t13. Exciting current of the superconducting shim coils SS3, as shown in FIG. 2 (g), at time t13, and increases to the exciting current value + i 3 corresponding to -I 3, the excitation current value + i 3 is the time t13 after the steady operation D Maintained at.

図2の磁場調整Cでは、超電導メインコイルMCは、最終時点t13の励磁電流が定格電流値IOPとされ、超電導シムコイルSS1、SS2、SS3は、最終時点t13の段階の励磁電流が、それぞれ超電導メインコイルMCによる磁場を補正するために決定された励磁電流値−i、−i、+iとされ、加えて、他の超電導シムコイルSS4〜SSnも、最終時点t13の励磁電流が、それぞれ超電導メインコイルMCによる磁場を補正するために決定された励磁電流値に維持される。 In magnetic field adjustment C of FIG. 2, a superconducting main coil MC is the excitation current of the last time point t13 is the rated current I OP, superconducting shim coils SS1, SS2, SS3, the exciting current of the phase of the last time point t13, respectively superconducting Excitation current values -i 1 , -i 2 , + i 3 determined to correct the magnetic field generated by the main coil MC are used. In addition, the excitation currents at the final time point t13 are also applied to the other superconducting shim coils SS4 to SSn. The exciting current value determined to correct the magnetic field generated by the superconducting main coil MC is maintained.

時点t13以降に、定常運転Dが実行される。時点t14の直前に、永久電流メインスイッチMSがオン状態とされ、超電導メインコイルMCの励磁電流は、以降定格電流値IOPに維持される。時点t14において、図2(a)に点線で示すように、励磁電源40からの励磁電流が遮断される。この定常運転Dは、超電導シムコイルSS1、SS2、SS3を代表として、他の超電導シムコイルSS4〜SSnも、それぞれ決定された励磁電流を維持するので、超電導メインコイルMCと合わせた磁場の均一度は高い均一度に維持される。   The steady operation D is executed after time t13. Immediately before time t14, the permanent current main switch MS is turned on, and the exciting current of the superconducting main coil MC is thereafter maintained at the rated current value IOP. At time t14, as indicated by a dotted line in FIG. 2A, the exciting current from the exciting power source 40 is cut off. In this steady operation D, the superconducting shim coils SS1, SS2, and SS3 are representative, and the other superconducting shim coils SS4 to SSn also maintain the determined excitation currents respectively. Therefore, the uniformity of the magnetic field combined with the superconducting main coil MC is high. Uniformity is maintained.

以上のように、図2の磁場調整Cにおいて、図2(c)に示す超電導シムコイルSC1の励磁電流は、時点t6−t7間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+I12に対応した誘導電流−i12と、時点t8−t9間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応した誘導電流−iと、時点t10−t11間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応した誘導電流−iと、時点t12−t13間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分−Iに対応した誘導電流+iとの代数和−i12−i−i+i=−i+i−i−i+i=−iとなる。図2(e)に示す超電導シムコイルSC2の励磁電流は、時点t8−t9間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応した誘導電流−iと、時点t10−t11間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分+Iに対応した誘導電流−iと、時点t12−t13間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分−Iに対応した誘導電流+iとの代数和−i−i+i=−iとなる。また、図2(g)に示す超電導シムコイルSC3の励磁電流は、時点t12−t13間における超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分−Iに対応した誘導電流+iとなる。 Thus induction, the magnetic field adjustment C of FIG. 2, the excitation current of the superconducting shim coils SC1 shown in FIG. 2 (c), corresponding to the change in + I 12 of the excitation current of the superconducting main coil MC between time t6-t7 Current −i 12 , induced current −i 2 corresponding to the change in excitation current of superconducting main coil MC between time points t 8 and t 9 + I 2, and change in excitation current of superconducting main coil MC between time points t 10 and t 11. Algebraic sum −i 12 −i 2 −i of the induced current −i 3 corresponding to + I 3 and the induced current + i 3 corresponding to the change −I 3 in the excitation current of the superconducting main coil MC between time points t 12 and t 13. 3 + i 3 = -i 1 + i 2 -i 2 -i 3 + i 3 = a -i 1. Exciting current of the superconducting shim coils SC2 shown in FIG. 2 (e) and the induced current -i 2 corresponding to the variation + I 2 of the excitation current of the superconducting main coil MC between time t8-t9, superconducting between time t10-t11 Algebra of induced current −i 3 corresponding to change in excitation current of main coil MC + I 3 and induced current + i 3 corresponding to change in excitation current of superconducting main coil MC between time points t 12 and t 13 −I 3 The sum −i 2 −i 3 + i 3 = −i 2 . The exciting current of the superconducting shim coils SC3 shown in FIG. 2 (g) is a induced current + i 3 corresponding to variation -I 3 of the excitation current of the superconducting main coil MC between the time t12-t13.

このように、各超電導シムコイルSC1〜SCnの励磁電流は、超電導メインコイルMCの励磁電流の変化分に対応した誘導電流として与えられる。この結果、実施の形態1に係る超電導電磁石装置の励磁方法では、各超電導シムコイルSC1〜SCnに対して、それぞれ外部から励磁電流を供給する必要がなくなり、外部からの励磁電流を流す電流リードの発熱がクライオスタット30に侵入する熱侵入量をなくすことができる。また、図1に示す超電導電磁石装置の実施の形態1では、各超電導シムコイルSC1〜SCnをそれぞれシムコイル用励磁電源に接続する必要がなく、このシムコイル用励磁電源と、これを各超電導シムコイルSC1〜SCnに接続する電流リードを省略することができ、この電流リードを経由して外部からクライオスタット30へ侵入する熱侵入量をなくすことができる。例えば、超電導シムコイルSC1〜SCnの最大電流を50A、その数を8個とした場合、超電導シムコイルSC1〜SCnへの総電流量は800Aとなり、約2W程度の熱負荷となるが、この熱負荷を低減することが可能となる。   Thus, the exciting current of each superconducting shim coil SC1 to SCn is given as an induced current corresponding to the change in the exciting current of superconducting main coil MC. As a result, in the excitation method of the superconducting electromagnet apparatus according to the first embodiment, it is not necessary to supply an excitation current from the outside to each of the superconducting shim coils SC1 to SCn. The amount of heat intruding into the cryostat 30 can be eliminated. Further, in the first embodiment of the superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. 1, it is not necessary to connect each of the superconducting shim coils SC1 to SCn to the shim coil exciting power source, and this shim coil exciting power source and this superconducting shim coil SC1 to SCn. It is possible to omit the current lead to be connected to, and it is possible to eliminate the amount of heat penetration that enters the cryostat 30 from the outside via this current lead. For example, when the maximum current of the superconducting shim coils SC1 to SCn is 50A and the number thereof is eight, the total current amount to the superconducting shim coils SC1 to SCn is 800A, which is about 2W thermal load. It becomes possible to reduce.

実施の形態2.
図3は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態2に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。この図3に示す超電導電磁石装置は、図1に示す超電導電磁石装置に対して、さらに各超電導シムコイルSC1〜SCnのそれぞれに対するシムコイル用励磁電源501〜50nを追加したものである。これらのシムコイル用励磁電源501〜50nは、それぞれクライオスタット30の壁面を貫通する一対の電流リード5011、5012〜50n1、50n2を通じて、対応する超電導シムコイルSC1〜SCnの接続される。その他は、図1と同じに構成される。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 2 of the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention. The superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. 3 is obtained by adding shim coil excitation power sources 501 to 50n to the superconducting shim coils SC1 to SCn in addition to the superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. These shim coil excitation power sources 501 to 50n are connected to the corresponding superconducting shim coils SC1 to SCn through a pair of current leads 5011, 5012 to 50n1, and 50n2 that respectively penetrate the wall surface of the cryostat 30. The other configuration is the same as in FIG.

実施の形態2に係る超電導電磁石装置の励磁方法では、初期励磁A、磁場計測B、磁場調整C、および定常運転Dは、シムコイル用励磁電源501〜50nを使用せずに、図2に示す方法と同じ方法で実施される。シムコイル用励磁電源501〜50nは、定常運転Dにおいて、緊急事態が発生し、超電導電磁石装置を緊急消磁するときに、超電導シムコイルSC1〜SCnの蓄積エネルギーを回収するのに使用される。この緊急消磁では、永久電流メインスイッチMSおよび永久電流シムスイッチSS1〜SSnのすべてが同時にオフ状態とされ、磁場の消磁が行なわれるとともに、超電導メインコイルMCの蓄積エネルギーが励磁電源40に、また超電導シムコイルSC1〜SCnの蓄積エネルギーがシムコイル用励磁電源501〜50nに回収される。   In the excitation method of the superconducting electromagnet apparatus according to the second embodiment, the initial excitation A, magnetic field measurement B, magnetic field adjustment C, and steady operation D are the methods shown in FIG. 2 without using the shim coil excitation power sources 501 to 50n. Is implemented in the same way. The shim coil excitation power sources 501 to 50n are used for recovering the accumulated energy of the superconducting shim coils SC1 to SCn when an emergency occurs in the steady operation D and the superconducting electromagnet apparatus is urgently demagnetized. In this emergency demagnetization, all of the permanent current main switch MS and the permanent current shim switches SS1 to SSn are simultaneously turned off, the magnetic field is demagnetized, and the energy stored in the superconducting main coil MC is supplied to the excitation power source 40 and the superconducting power. The stored energy of the shim coils SC1 to SCn is recovered by the shim coil excitation power sources 501 to 50n.

実施の形態2に係る超電導電磁石装置の励磁方法およびその超電導電磁石装置では、シムコイル用励磁電源501〜50nと、それらを各超電導シムコイルSC1〜SCnに接続する電流リード5011、5012〜50n1、50n2をなくすことはできないが、初期励磁A、磁場計測B、磁場調整C、緊急消磁までの定常運転Dを通じて、各シムコイル用励磁電源501〜50nから各超電導シムコイルSC1〜SCnへの電流リード5011、5012〜50n1、50n2に励磁電流を流さないようにすることができ、したがって、これらの電流リード5011、5012〜50n1、50n2の発熱がクライオスタット30内へ侵入する熱侵入量を低減することができる。   In the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus and the superconducting electromagnet apparatus according to Embodiment 2, the shim coil exciting power sources 501 to 50n and the current leads 5011, 5012 to 50n1, and 50n2 that connect them to the superconducting shim coils SC1 to SCn are eliminated. Although not possible, current leads 5011, 5012 to 50n1 from the excitation power sources 501 to 50n for the respective shim coils to the respective superconducting shim coils SC1 to SCn through the initial operation A, the magnetic field measurement B, the magnetic field adjustment C, and the steady operation D until the emergency demagnetization. , 50n2 can be prevented from flowing an exciting current, and therefore, the amount of heat penetration that the heat generated by these current leads 5011, 5012 to 50n1, and 50n2 enters the cryostat 30 can be reduced.

実施の形態3.
図4は、この発明による超電導電磁石装置の励磁方法の実施の形態3に使用される超電導電磁石装置を示す電気回路図である。この図4に示す超電導電磁石装置は、図1に示す超電導電磁石装置に対して、さらに制御装置60を追加したものである。その他は、図1に示す超電導電磁石装置と同じに構成される。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 4 is an electric circuit diagram showing a superconducting electromagnet apparatus used in Embodiment 3 of the exciting method of the superconducting electromagnet apparatus according to the present invention. The superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. 4 is obtained by adding a control device 60 to the superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. Others are the same as the superconducting electromagnet apparatus shown in FIG.

制御装置60は、励磁電源40に対する制御信号S40と、制御スイッチ13に対する制御信号S13と、各制御スイッチ23に対する制御信号S231〜S23nを共通に発生する。制御信号S40は、図2(a)に示すように超電導メインコイルMCの励磁電流を制御し、制御信号S13は、制御信号S40に関連して、図2(b)に示すように永久電流メインスイッチMSを制御し、また制御信号S241〜S24nは、制御信号S40に関連して、図2(d)(f)(h)に示すように永久電流シムスイッチSS1〜SSnを制御する。   The control device 60 generates a control signal S40 for the excitation power source 40, a control signal S13 for the control switch 13, and control signals S231 to S23n for the control switches 23 in common. The control signal S40 controls the exciting current of the superconducting main coil MC as shown in FIG. 2 (a), and the control signal S13 is related to the control signal S40 as shown in FIG. 2 (b). The control signal S241 to S24n controls the permanent current shim switches SS1 to SSn as shown in FIGS. 2D, 2F and 2H in association with the control signal S40.

図2に示す励磁方法は、励磁電源40と、制御スイッチ13、23を手動操作することを前提としたものであるが、図4に示す超電導電磁石装置では、制御装置60により、図2に示す励磁方法を自動的に実行することができる。   The excitation method shown in FIG. 2 is based on the premise that the excitation power supply 40 and the control switches 13 and 23 are manually operated. In the superconducting electromagnet apparatus shown in FIG. The excitation method can be executed automatically.

この発明は、例えば医療用磁気共鳴イメージング装置などに使用される超電導電磁石装置とその励磁方法として利用される。   The present invention is utilized as a superconducting electromagnet apparatus used in, for example, a medical magnetic resonance imaging apparatus and the excitation method thereof.

MC:超電導メインコイル、SC1〜SCn:超電導シムコイル、
MS:永久電流メインスイッチ、SS1〜SSn:永久電流シムスイッチ、
40:励磁電源、60:制御装置。
MC: Superconducting main coil, SC1-SCn: Superconducting shim coil,
MS: permanent current main switch, SS1 to SSn: permanent current shim switch,
40: excitation power source, 60: control device.

Claims (5)

励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され前記超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、前記超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、前記複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および前記超電導メインコイルと前記複数の超電導シムコイルと前記永久電流メインスイッチと前記複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置の励磁方法であって、
前記複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、前記励磁電源から前記超電導メインコイルに流れる励磁電流を変化させる状態で、前記特定の超電導シムコイルに接続された前記永久電流シムスイッチをオン状態とし、前記特定の超電導シムコイルに誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すことを特徴とする超電導電磁石装置の励磁方法。
A superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil to correct the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil, and a permanent current main connected in parallel to the superconducting main coil A switch, a plurality of permanent current shim switches connected to each of the plurality of superconducting shim coils, and a cryostat accommodating the superconducting main coil, the plurality of superconducting shim coils, the permanent current main switch, and the plurality of permanent current shim switches. An excitation method for a superconducting electromagnet apparatus comprising:
When the correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil among the plurality of superconducting shim coils is adjusted, the excitation current flowing from the excitation power source to the superconducting main coil is changed and connected to the specific superconducting shim coil. An excitation method for a superconducting electromagnet apparatus, wherein the permanent current shim switch is turned on, an induced current is caused to flow through the specific superconducting shim coil, and an exciting current is caused to flow based on the induced current.
請求項1記載の超電導電磁石装置の励磁方法であって、前記特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、前記励磁電源から前記超電導メインコイルに流れる励磁電流を増加させる状態で、前記特定の超電導シムコイルに接続された前記永久電流シムスイッチをオン状態とし、前記特定の超電導シムコイルに第1極性の誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流として流すことを特徴とする超電導電磁石装置の励磁方法。   2. The method of exciting a superconducting electromagnet device according to claim 1, wherein when the correction magnetic field by the specific superconducting shim coil is adjusted, the specific current is increased in the state of increasing the excitation current flowing from the excitation power source to the superconducting main coil. A superconducting electromagnet apparatus characterized in that the permanent current shim switch connected to a superconducting shim coil is turned on, an induced current having a first polarity is caused to flow through the specific superconducting shim coil, and an exciting current is caused to flow based on the induced current. Excitation method. 請求項1記載の超電導電磁石装置の励磁方法であって、前記特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、前記超電導メインコイルの励磁電流を減少させる状態で、前記特定の超電導シムコイルに接続された前記永久電流シムスイッチをオン状態とし、前記特定の超電導シムコイルに第2極性の誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すことを特徴とする超電導電磁石装置の励磁方法。   2. The method of exciting a superconducting electromagnet device according to claim 1, wherein when adjusting the correction magnetic field by the specific superconducting shim coil, the superconducting magnet coil is connected to the specific superconducting shim coil in a state in which the exciting current of the superconducting main coil is reduced. An excitation method for a superconducting electromagnet apparatus, wherein the permanent current shim switch is turned on, an induced current having a second polarity is passed through the specific superconducting shim coil, and an exciting current is caused to flow based on the induced current. 励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され前記超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、前記超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、前記複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および前記超電導メインコイルと前記複数の超電導シムコイルと前記永久電流メインスイッチと前記複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置であって、
前記複数の超電導シムコイルは励磁電源に接続されておらず、前記複数の超電導シムコイルの中の少なくとも1つの特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、前記超電導メインコイルの励磁電流を変化させる状態で、前記特定の超電導シムコイルに接続された前記永久電流シムスイッチをオン状態とし、前記特定の超電導シムコイルに誘導電流を流し、この誘導電流に基づいて励磁電流を流すことを特徴とする超電導電磁石装置。
A superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil to correct the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil, and a permanent current main connected in parallel to the superconducting main coil A switch, a plurality of permanent current shim switches connected to each of the plurality of superconducting shim coils, and a cryostat accommodating the superconducting main coil, the plurality of superconducting shim coils, the permanent current main switch, and the plurality of permanent current shim switches. A superconducting electromagnet apparatus comprising:
The plurality of superconducting shim coils are not connected to an excitation power source, and the adjustment current of the superconducting main coil is changed when adjusting the correction magnetic field by at least one specific superconducting shim coil among the plurality of superconducting shim coils. A superconducting electromagnet apparatus, wherein the permanent current shim switch connected to the specific superconducting shim coil is turned on, an induced current is supplied to the specific superconducting shim coil, and an exciting current is supplied based on the induced current. .
励磁電源に接続された超電導メインコイル、この超電導メインコイルと磁気的に結合され前記超電導メインコイルによる磁場の均一度を補正する複数の超電導シムコイル、前記超電導メインコイルに並列に接続された永久電流メインスイッチ、前記複数の超電導シムコイルのそれぞれに接続された複数の永久電流シムスイッチ、および前記超電導メインコイルと前記複数の超電導シムコイルと前記永久電流メインスイッチと前記複数の永久電流シムスイッチを収容するクライオスタットを備えた超電導電磁石装置であって、さらに、前記励磁電源と前記永久電流メインスイッチと前記複数の永久電流シムスイッチとを共通に制御する制御装置を備え、
前記特定の超電導シムコイルによる補正磁界を調整する場合に、前記制御装置が前記超電導メインコイルの励磁電流を変化させる状態で、前記制御装置が前記特定の超電導シムコイルに接続された前記永久電流シムスイッチをオン状態とすることを特徴とする超電導電磁石装置。
A superconducting main coil connected to an excitation power source, a plurality of superconducting shim coils that are magnetically coupled to the superconducting main coil to correct the uniformity of the magnetic field by the superconducting main coil, and a permanent current main connected in parallel to the superconducting main coil A switch, a plurality of permanent current shim switches connected to each of the plurality of superconducting shim coils, and a cryostat that accommodates the superconducting main coil, the plurality of superconducting shim coils, the permanent current main switch, and the plurality of permanent current shim switches. A superconducting electromagnet apparatus, further comprising a control device for commonly controlling the excitation power source, the permanent current main switch, and the plurality of permanent current shim switches;
When adjusting the correction magnetic field by the specific superconducting shim coil, the control unit changes the excitation current of the superconducting main coil, and the control unit changes the permanent current shim switch connected to the specific superconducting shim coil. A superconducting electromagnet apparatus characterized by being turned on.
JP2009113513A 2009-05-08 2009-05-08 Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same Pending JP2010263111A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009113513A JP2010263111A (en) 2009-05-08 2009-05-08 Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009113513A JP2010263111A (en) 2009-05-08 2009-05-08 Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010263111A true JP2010263111A (en) 2010-11-18

Family

ID=43360958

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009113513A Pending JP2010263111A (en) 2009-05-08 2009-05-08 Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010263111A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014199962A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 Magnetic field generation device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014199962A1 (en) * 2013-06-12 2014-12-18 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 Magnetic field generation device
JP2014240797A (en) * 2013-06-12 2014-12-25 ジャパンスーパーコンダクタテクノロジー株式会社 Magnetic field generator
US10656223B2 (en) 2013-06-12 2020-05-19 Japan Superconductor Technology, Inc. Magnetic field generation device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2681751B1 (en) Method of operating a dynamically biased inductor
JP2004092633A (en) Output control device of linear compressor and output controlling method therefor
US20090219121A1 (en) Superconducting magnet current adjustment by flux pumping
JP4933034B2 (en) Superconducting coil protection device, NMR device and MRI device
JPH0851014A (en) Superconducting magnet
JP2007258106A (en) Inverter circuit for discharge tube lighting
JP2010263111A (en) Method of exciting superconducting electromagnetic apparatus and superconducting electromagnetic apparatus used for the same
Aguilar et al. Half size reduction of DC output filter inductors with the saturation-gap magnetic bias topology
WO2006095614A1 (en) Superconducting magnet excitation method and superconducting magnet device
CN110911087A (en) Active demagnetization method for magnetic shielding device
JP4699293B2 (en) Superconducting magnet
Cui et al. Design, simulation, and fabrication of a hybrid excitation compulsator
CN100409380C (en) Method and device for demagnetizing body
US9721709B2 (en) Inductively decoupled dual SMES in a single cryostat
KR101540954B1 (en) Superconducting Field Magnet Coil for Electrical Generator
JP2011099735A (en) Magnetic field generator and magnetic resonance apparatus
Kashikhin Novel approach to linear accelerator superconducting magnet system
Kashikhin et al. A new correction magnet package for the Fermilab booster synchrotron
JP2016051833A (en) Superconducting electromagnet device
WO2023145278A1 (en) Magnetization method and magnetization device
JP2003068519A (en) Superconductive magnet device, and method of stabilizing magnetic field therewith
JP2504083B2 (en) Highly uniform magnetic field generator
JP2001110626A (en) Superconducting magnet
KR101470965B1 (en) Reverse magnetization structure of dc reactor and reverse magnetization method using superconducting bulk thereof
JP2018181960A (en) Superconducting magnet device